Naukowcy z Uniwersytetu \u015al\u0105skiego zaproponowali nowy spos\u00f3b przeprowadzenia reakcji wymiany protonowej w monokryszta\u0142ach podw\u00f3jnych tlenk\u00f3w niobianu litu i tantalanu litu przy zastosowaniu dotychczas nieu\u017cywanych reagent\u00f3w. Skonstruowali r\u00f3wnie\u017c aparatur\u0119 s\u0142u\u017c\u0105c\u0105 do wymiany protonowej, z\u0142o\u017con\u0105 g\u0142\u00f3wnie ze szklanych element\u00f3w, niezb\u0119dn\u0105 do prowadzenia reakcji chemicznej w roztworach st\u0119\u017conych kwas\u00f3w nieorganicznych. Dzi\u0119ki niej mog\u0105 zmienia\u0107 w\u0142a\u015bciwo\u015bci badanych cia\u0142 sta\u0142ych poprzez modyfikacj\u0119 ich warstwy powierzchniowej oraz wn\u0119trza, materia\u0142y te znajduj\u0105 zastosowanie m.in. w optoelektronice. Nowatorski spos\u00f3b przeprowadzenia reakcji oraz zestaw aparaturowy zosta\u0142y obj\u0119te ochron\u0105 patentow\u0105.<\/p>\n
\n
![\"Zdj\u0119cie](\"https:\/\/us.edu.pl\/wp-content\/uploads\/imported_files\/bd2b9b5f063809b8944e50c78e2f4748_img_2690_fot_julia_agnieszka_szymala_1.jpg\")
\nAutorzy opatentowanego rozwi\u0105zania: (od lewej) mgr Irena Gruszka, dr hab. Andrzej Molak oraz dr Julita Piecha
\nFot. Sekcja Prasowa U\u015a
\n <\/p>\n
Naukowcy pracuj\u0105cy w Zak\u0142adzie Fizyki Ferroelektryk\u00f3w zajmuj\u0105 si\u0119 g\u0142\u00f3wnie badaniem w\u0142a\u015bciwo\u015bci elektrycznych mono- i polikryszta\u0142\u00f3wo o modyfikowanych sk\u0142adach chemicznych. Zaprojektowany uk\u0142ad s\u0142u\u017cy do przeprowadzania reakcji wymiany protonowej w tych materia\u0142ach. Zestaw aparaturowy zosta\u0142 skonstruowany na potrzeby bada\u0144 naukowych prowadzonych przez mgr Iren\u0119 Gruszk\u0119<\/a>, dr Julit\u0119 Piech\u0119<\/a> i dr. hab. Andrzeja Molaka<\/a>. By\u0142y one realizowane w ramach rozprawy doktorskiej dr Julity Piechy, pisanej pod kierunkiem dr. hab. Andrzeja Molaka z Instytutu Fizyki Uniwersytetu \u015al\u0105skiego.<\/p>\n \u2013 Reakcja wymiany protonowej w przeprowadzanym przez nas eksperymencie polega\u0142a na wymianie jonowej zachodz\u0105cej w monokryszta\u0142ach niobianu litu LiNbO3<\/sub> oraz tantalanu litu LiTaO3<\/sub> przy zastosowaniu wymagaj\u0105cego reagenta, jakim by\u0142 kwas azotowy \u2013 jeden z najsilniejszych nieorganicznych kwas\u00f3w tlenowych \u2013 wyja\u015bnia mgr Irena Gruszka z zespo\u0142u patentowego. Jak dodaje, do przeprowadzenia reakcji chemicznej zosta\u0142y u\u017cyte specyficzne, wymagaj\u0105ce materia\u0142y. Z jednej strony nale\u017ca\u0142o bowiem zmodyfikowa\u0107 niezwykle trwa\u0142e monokryszta\u0142y, z drugiej \u2013 zastosowany st\u0119\u017cony kwas azotowy jest reagentem \u017cr\u0105cym, silnie koroduj\u0105cym. W zwi\u0105zku z tym konieczne okaza\u0142o si\u0119 zaprojektowanie nowej aparatury, nieodzownej w przypadku reakcji prowadzonych w \u015brodowisku st\u0119\u017conym, wykonanej przede wszystkim ze szk\u0142a odpornego na dzia\u0142anie kwas\u00f3w. \u2013 Tematem mojej rozprawy doktorskiej by\u0142y badania warstwy powierzchniowej niobianu litu LiNbO3<\/sub>. Wiedzieli\u015bmy, \u017ce kryszta\u0142y te cechuje du\u017ca mobilno\u015b\u0107 jon\u00f3w litu, dzi\u0119ki czemu mogli\u015bmy zmieni\u0107 sk\u0142ad chemiczny materia\u0142u, podstawiaj\u0105c jony litu jonami wodoru \u2013 co stanowi istot\u0119 procesu wymiany jonowej. Proces ten zachodzi w \u015brodowisku st\u0119\u017conego kwasu, na przyk\u0142ad azotowego, dzi\u0119ki czemu otrzymujemy kryszta\u0142y o nowych interesuj\u0105cych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach i szerszym zastosowaniu \u2013 t\u0142umaczy dr Julita Piecha. Co wa\u017cne, w klasycznym uj\u0119ciu wymiany protonowej modyfikowana jest warstwa powierzchniowa. Podczas realizacji bada\u0144 okaza\u0142o si\u0119, \u017ce nowa aparatura umo\u017cliwia wprowadzanie zmian w g\u0142\u0119bszych warstwach struktury monokryszta\u0142u oraz wynikaj\u0105c\u0105 z tego dalsz\u0105 modyfikacj\u0119 w\u0142a\u015bciwo\u015bci fizycznych i chemicznych materia\u0142u.<\/p>\n \u2013 Dzi\u0119ki takim zmianom z pewno\u015bci\u0105 mo\u017cemy otrzyma\u0107 kryszta\u0142y o lepszych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach optycznych i elektrycznych, st\u0105d docelowo stosowane mog\u0105 by\u0107 one w optoelektronice, np. jako \u015bwiat\u0142owody w skali nano \u2013 wyja\u015bnia dr hab. Andrzej Molak. Realizacja bada\u0144 wymaga\u0142a tak\u017ce zmiany sposobu przeprowadzenia reakcji, w wyniku kt\u00f3rej dochodzi do wymiany jonowej w g\u0142\u0119bszych warstwach kryszta\u0142u. Jest to proces polegaj\u0105cy na kilkukrotnej wymianie stosowanego kwasu nieorganicznego, wyd\u0142u\u017cenia czasu prowadzenia reakcji oraz zwi\u0105zanej z tym kontroli temperatury. Zaprojektowany zestaw zosta\u0142 przystosowany do tych potrzeb, gwarantuje bowiem bezpieczn\u0105 wymian\u0119 reagenta, jakim jest st\u0119\u017cony kwas azotowy oraz utrzymywanie okre\u015blonej temperatury \u015brodowiska, w kt\u00f3rym zachodzi reakcja chemiczna. Interesuj\u0105cy naukowc\u00f3w proces m\u00f3g\u0142 zatem przebiega\u0107 w spos\u00f3b skuteczny i bezpieczny, dodatkowo przy u\u017cyciu reagenta o kontrolowanych parametrach.<\/p>\n Aparatura ta mo\u017ce ponadto by\u0107 wykorzystywana do przeprowadzenia reakcji wymiany protonowej w innego rodzaju materia\u0142ach, kt\u00f3re wykazuj\u0105 powinowactwo do wymiany jonowej \u2013 tak\u017ce z zastosowaniem odmiennego reagenta. \u2013 W swoich badaniach zastosowa\u0142am jeden z najsilniejszych kwas\u00f3w tlenowych, jakim jest st\u0119\u017cony kwas azotowy. Je\u015bli przy substancji o tak silnym dzia\u0142aniu koroduj\u0105cym uda\u0142o si\u0119 skutecznie i bezpiecznie przeprowadzi\u0107 reakcj\u0119 chemiczn\u0105, z pewno\u015bci\u0105 zestaw sprawdzi si\u0119 przy przeprowadzaniu procesu z u\u017cyciem kwas\u00f3w o mniejszej aktywno\u015bci chemicznej \u2013 m\u00f3wi dr Julita Piecha.<\/p>\n Opatentowany zestaw aparaturowy sk\u0142ada si\u0119 z tr\u00f3jszyjnej kolby (1) umieszczonej w \u0142a\u017ani olejowej (2), kt\u00f3ra znajduje si\u0119 na p\u0142ycie grzejnej (3), dzi\u0119ki czemu reakcja mo\u017ce zachodzi\u0107 w temperaturze powy\u017cej 100\u00b0C. Pierwsza szyjka kolby \u0142\u0105czy si\u0119 z o\u015bmiokulkow\u0105 ch\u0142odnic\u0105 zwrotn\u0105 (4), druga \u2013 z termometrem (5). Trzecia szyjka natomiast \u0142\u0105czy kolb\u0119 z drug\u0105 cz\u0119\u015bci\u0105 aparatury tworzon\u0105 przez ch\u0142odnic\u0119 przep\u0142ywow\u0105 (6) oraz adapter (7), a tak\u017ce odbieralnik (8), w kt\u00f3rym gromadzony jest zu\u017cyty kwas.<\/p>\n Aby przeprowadzi\u0107 reakcj\u0119 wymiany protonowej, naukowcy wprowadzali do kolby odpowiedni\u0105 ilo\u015b\u0107 reagenta w postaci st\u0119\u017conego deuterowanego kwasu azotowego(V) HNO3-D lub st\u0119\u017conego kwasu azotowego(V) HNO3 oraz kryszta\u0142y niobianu litu LiNbO3<\/sub> lub tantalanu litu LiTaO3<\/sub>. Nast\u0119pnie kolb\u0119 podgrzewali w \u0142a\u017ani olejowej, utrzymuj\u0105c uk\u0142ad w zakresie temperatur od 113\u00b0C do 118\u00b0C. Po up\u0142ywie okre\u015blonego czasu kryszta\u0142y wyjmowane by\u0142y z kolby, nast\u0119powa\u0142a wymiana przereagowanego kwasu na jego now\u0105 porcj\u0119 i ca\u0142y proces powtarzano a\u017c do zako\u0144czenia danego cyklu wymiany jonowej. Co istotne, zestaw aparaturowy i spos\u00f3b przeprowadzenia reakcji wed\u0142ug opatentowanego wynalazku pozwalaj\u0105 na prowadzenie procesu wymiany protonowej w praktycznie nieograniczonym przedziale czasowym.<\/p>\n Autorami patentu s\u0105 pracownicy Zak\u0142adu Fizyki Ferroelektryk\u00f3w Uniwersytetu \u015al\u0105skiego: mgr Irena Gruszka, dr Julita Piecha oraz dr hab. Andrzej Molak.<\/p>\n <\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Patenty Uniwersytetu \u015al\u0105skiego<\/a><\/p>\n […]<\/p>\n
\n <\/p>\n![\"Zdj\u0119cie](\"http:\/\/www.us.edu.pl\/sites\/www.us.edu.pl\/files\/imce\/wiadomosci\/foto\/dsc00012.jpg\")
\nOpatentowana aparatura s\u0142u\u017c\u0105ca do przeprowadzania wymiany jonowej
\nFot. dr Julita Piecha
\n <\/p>\n![\"Rysunek](\"https:\/\/us.edu.pl\/wp-content\/uploads\/imported_files\/918f3a09c5c57370b5c394770d298539_rysunek_aparatury1_0.png\")
\nRysunek przedstawiaj\u0105cy opatentowan\u0105 aparatur\u0119
\nOprac. Irena Gruszka
\n <\/p>\n